A-Z ELEKTRO březen/duben 2014

březen/duben | A-Z ELEKTRO | 35 REDAKČNÍ ČLÁNEK A-Z Konečně je to ukládání elektrické energie do aku- mulátorů. V této oblasti se vedou rozsáhlé výzkumy a na jejich výsledcích je závislá budoucnost elektro- mobility. Vyřešit skladování velkého množství energie by přineslo do energetiky naprostou revoluci. Zatím kromě přečerpávacích elektráren se žádná techno- logie masově nerozšířila – to ovšem neznamená, že by se o to řada firem a vědeckých institucí nepo- koušela. V následujícím textu jsou uvedeny některé méně známé nebo nové návrhy, které by měly vyře- šit přebytky výkonu vzniklé především nasazením větrných elektráren. Akumulace energie v supravodivém magnetickém poli Bloky SMES – Superconducting Magnetic Energy Storage, mohou reagovat na přechodné procesy v síti a dosáhnout plného výkonu asi za 100 ms, neboli za 6 cyklů. Akumulace kinetické energie v rotujících hmo- tách vyžaduje vysoké otáčky, protože akumulovaná energie roste s kvadrátem rychlosti. Aplikace SMES mají tu výhodu, že jsou schopny zajistit vteřinovou rezervu výkonu podle požadavku UCTE. Minutovou a delší aktivaci rezervy výkonu přitom spolehlivě zajistí stávající klasické elektrárny. Mezi další výhody aplikace systému SMES patří: — velký počet cyklů nabíjení a vybíjení, což zna- mená dlouhou životnost, například až 30 let, což je mnohem déle než u moderních baterií, — účinnost cyklu nabíjení a vybíjení je velmi vysoká, více než 95 %, — doba nabíjení a vybíjení je extrémně krátká, — systém neobsahuje pohyblivé části vyjma chladi- cího zařízení. Větší supravodivý akumulátor SMES o kapacitě 800 Wh stabilizuje spojovací vedení společnosti Bon- neville Power v Oregonu (USA). Obstál při několika milionech cyklů nabití-vybití. Doba nabíjení i vybí- jení je extrémně krátká a účinnost lepší než 95 %. Studie popisují energetické supravodivé akumu- látory s kapacitou až 4 000 MW. Mají mít podobu prstence (případně umístěného v podzemí), v němž je v kapalném heliu ponořena smyčka z tlustého měděného vodiče. Ztráty se započtením příkonu kryogenní stanice udržující helium na teplotě pod minus 269 °C nemají být menší než 1 %. Akumulace energie pomocí stlačeného vzduchu Inženýři při hledání cest skladování energie se vracejí i ke starším projektům, jako je technologie CAES (Compressed Air Energy Storage - stlačování vzduchu do podzemí). První prototyp pracující na tomto principu vznikl v Německu v 70. letech minu- lého století. CAES funguje podobně jako přečerpávací elek- trárny. V době nízkého odběru proudu se „nad- bytečná“ elektřina využije na stlačování vzduchu do podzemních zásobníků. Ve špičce se stlačený vzduch vrací z podzemí zpět, aby poháněl turbíny napojené na generátor. Vzduch se při stlačování zahřívá, a proto se musí chladit. Naopak při návratu na povrch je nutné jej znovu zahřívat (to se provádí zatím pomocí zemního plynu). Účinnost tlakovzdušných akumulačních elektráren se proto pohybuje kolem 50 procent. Elektrárny na stlačený vzduch mají menší výkon než přečerpávací, ale k dispozici je více podzem- ních kapacit pro jeho skladování (vytěžené pro- story, jeskyně, artéské studně apod.). Společný vědecký tým RWE a GE vyvinul pokro- čilý energeticky výhodný design nazvaný AA-CAES (Advanced Adiabatic CAES). V něm teplo stlačeného vzduchu nepřichází vniveč, ale skladuje se pro opětovné zahřátí stlačeného vzduchu. Tím stoupne účinnost celého procesu na 70 procent, což je srov- natelné s přečerpávacími elektrárnami. První zařízení CAES na světě je v Huntorfu mezi Brémami a Oldenburgem v severním Německu. Je v provozu už od roku 1978. Kompresory pohání mimošpičkový proud. Plní dva válcovité podzemní zásobníky v hloubce 650 až 800 metrů o objemu 310 tisíc m3. Na provozní tlak 72 barů se zásob- níky naplní zhruba za osm hodin. Stlačený vzduch vystačí na dvě hodiny provozu. Ve špičce je elekt- rárna schopna prakticky okamžitě dodávat do sítě 290 megawattů. V roce 1991 ve státě Alabama ve Spojených stá- tech byla vybudována druhá jednotka CAES jako součást plynové elektrárny McIntosh. Blok 1 má podzemní zásobník o kapacitě 538 tisíc m3. Zdroj funguje bez problémů v součinnosti s ryze plyno- vými bloky 2 a 3 (ty byly dostavěny v roce 1998). Na vylepšení těchto technologií pracuje i startup SustainX a General Compression. Krátkodobé ukládání energie pomocí setrvačníků Elektřinu je také možné ukládat ve formě kinetické energie; tu totiž umíme s dobrou účinností a velmi rychle měnit zpět v elektřinu. K tomuto účelu se hodí speciální setrvačník spojený s motorem a generáto- rem. Pokud se má dosáhnout rozumné energetické hustoty, musí být otáčky setrvačníku velmi vysoké, což klade velké nároky na materiál rotoru (nejčas- těji se dnes používají uhlíkové kompozity) a rotor musí být umístěn ve vakuu, aby jej nebrzdilo tření o vzduch. Také ložiska musí snést vysoké otáčky a mít minimální tření (používají se magnetická ložiska). Velkou výhodou je vysoký výkon a dlouhá životnost těchto zařízení. Setrvačníky se dají dobře využít pře- devším pro krátkodobé ukládání energie (například jako náhrada olověných akumulátorů v zálohovacích zdrojích tj. UPS). Uvažuje se i o jejich využití pro krát- kodobou akumulaci v solárních elektrárnách, kde odstraní prudké kolísání výkonu při krátkodobém zastínění přecházejícími mraky. Zařízení s větším množstvím setrvačníkových jednotek o celkovém výkonu 20MW ve Stephentownu (New York, USA), by mělo sloužit ke stabilizaci frek- vence sítě v oblasti New Yorku. ARES je využití vlaků k akumulaci energie. Technologie CAES funguje podobně jako přečerpávací elektrárna. Pokud se má dosáhnout rozumné energetické hustoty, musí být otáčky setrvačníku velmi vysoké.